铝基碳化硼复合材料的HIP制备和界面结构及辐照稳定性研究

发布时间：2022-07-22 18:46

　　随着近年来我国核电事业的快速发展,未来几十年会有大量高放射性的乏燃料从核电站产生,如何安全可靠地处理这些乏燃料越来越受到人们的重视。铝基碳化硼复合材料不仅具有良好的热中子吸收性能和抗辐照性能,还具有良好的力学性能,已成功应用于乏燃料贮存和运输领域。采用不同的制备工艺获得的Al/B4Cp复合材料界面结构存在差异,而界面结构的差异和稳定性会影响复合材料的长期服役寿命。本论文较系统地研究了球磨混料、冷等静压（CIP）制坯、热等静压（HIP）烧结、热轧制成型等制备工艺对铝基碳化硼材料微观组织、力学性能的影响;采用高分辨率透射电镜（HRTEM）和第一性原理计算相结合的方式重点研究了Al/B4Cp的界面结构、界面稳定性和界面反应;模拟乏燃料湿法贮存的辐照环境,在反应堆中进行了 Al/B4Cp复合材料的加速辐照实验,研究了加速辐照对Al/B4Cp的性能影响及其辐照稳定性。本论文主要研究内容及结果如下。（1）设计了 Al/B4Cp和Al/B4Cp/B两种体系的复合材料,开展了干法及湿法球磨混料工艺研究,结果表明采用无水酒精作为液态介质进行湿法球磨,不仅可以避免颗粒氧化和团聚现象,还有助于B4C颗粒均匀... 

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 碳化硼
        1.1.1 B-C相图
        1.1.2 B_4C的晶体结构
    1.2 Al/B_4C_p复合材料的应用
    1.3 Al/B_4C_p复合材料的制备技术
        1.3.1 固相法
        1.3.2 液相法
        1.3.3 两相法
    1.4 Al/B_4C_p复合材料的界面
        1.4.1 Al/B_4C_p界面的实验研究
        1.4.2 Al/B_4C_p界面的理论研究
    1.5 本论文的选题意义和研究内容
第二章 复合材料坯料制备技术研究
    2.1 Al/B_4C_p坯料
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 Al/B_4C_p坯料制备
    2.2 Al/B_4C_p/B坯料
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 Al/B_4C_p/B坯料制备
    2.3 本章小结
第三章 热等静压工艺对铝基碳化硼复合材料的性能影响
    3.1 热等静压对复合材料致密度的影响
    3.2 热等静压对Al/B_4C_p微观结构的影响
    3.3 热等静压态Al/B_4C_p的颗粒分布均匀性研究
    3.4 热等静压态铝基碳化硼的力学性能研究
        3.4.1 颗粒尺寸对拉伸性能的影响
        3.4.2 Al/B_4C_p复合材料强化机制
    3.5 热等静压法制备Al/B_4C_p/B复合材料的研究
        3.5.1 B对铝基碳化硼显微结构的影响
        3.5.2 B对铝基碳化硼力学性能的影响
    3.6 热等静压态Al/B_4C_p的热轧制研究
        3.6.1 热轧制工艺研究
        3.6.2 缺陷及热力学性能
    3.7 本章小结
第四章 铝基碳化硼的界面研究
    4.1 界面结构的实验研究
        4.1.1 微观组织
        4.1.2 界面特征
    4.2 界面结构的第一性原理计算
        4.2.1 Al体相及表面性质计算
        4.2.2 B_4C体相及表面性质计算
        4.2.3 Al(111)/B_4C(001)界面结构
    4.3 界面稳定性研究
        4.3.1 界面吸附功
        4.3.2 界面能
    4.4 界面反应
    4.5 本章小结
第五章 Al/B_4C_p复合材料的辐照稳定性研究
    5.1 B_4C晶体中的空位缺陷研究
        5.1.1 计算方法与模型
        5.1.2 B_4C晶体的空位缺陷形成焓
        5.1.3 B_4C的空位缺陷对弹性模量的影响
    5.2 Al/B_4C_p复合材料的加速辐照研究
        5.2.1 加速辐照实验
        5.2.2 加速辐照对宏观性能的影响
        5.2.3 加速辐照对~(10)B面密度的影响
        5.2.4 加速辐照对力学性能的影响
    5.3 Al/B_4C_p辐照损伤分析
    5.4 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的主要成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]国务院新闻办公室发表《中国的核应急》白皮书[J].   中国应急管理. 2016(01)
[2]用于反应堆乏燃料贮存和运输的B4C/Al复合材料研究进展[J]. 鲜亚疆,庞晓轩,王伟,刘鹏闯,张鹏程.  材料导报. 2015(03)
[3]Al（001）、Al（110）、Al（111）面表面能的密度泛函理论计算[J]. 张芳英,滕英元,张美霞,朱圣龙.  腐蚀科学与防护技术. 2005(01)
[4]一种新型高密度乏燃料贮存格架[J]. 伍浩松.  国外核新闻. 2004(12)
[5]高能球磨（B4C）p/6061A1复合粉末特征[J]. 樊建中,张奎,张永忠,吕晋宁,桑吉梅,张少明,石力开.  粉末冶金技术. 1998(03)
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博士论文
[1]B4C（Al2O3，TiB2，ZrB2）-Al陶瓷复合材料的制备、组织与性能[D]. 吕鹏.东北大学 2009
[2]B4C颗粒增强Al基复合材料的制备及焊接性研究[D]. 聂存珠.上海交通大学 2008

硕士论文
[1]B4C/6061Al复合材料板材的制备及性能研究[D]. 李宇力.太原理工大学 2012
[2]真空热压制备铝基碳化硼复合材料的研究[D]. 高占平.太原理工大学 2012
[3]乏燃料贮存格架用中子吸收材料加速腐蚀及加速辐照性能研究[D]. 石建敏.中国工程物理研究院 2011
[4]搅拌法制备B4C/Al复合材料的工艺研究[D]. 傅雪莹.哈尔滨工程大学 2005



本文编号：3665138